英國(guó)科研人員揭示肥皂泡是如何凍結(jié)成漂亮的冰晶球的

英國(guó)《自然·通訊》雜志19日發(fā)表的一篇物理學(xué)論文，揭示了肥皂泡是如何凍結(jié)成漂亮的冰晶球的，這一此前未曾揭示過(guò)的物理機(jī)制，告訴了人們“雪花玻璃球效應(yīng)”(snow-globe effect)是如何產(chǎn)生的。

肥皂泡在特定條件下凍結(jié)時(shí)，可以觀察到內(nèi)部有大量不斷生長(zhǎng)的冰晶在盤(pán)旋，讓人不禁聯(lián)想到雪花玻璃球——即在空心的玻璃球或有底玻璃罩中固定住一些飾品以及“雪花”的擺設(shè)。然而在此之前，未有研究調(diào)查過(guò)這種現(xiàn)象背后的物理機(jī)制以及肥皂泡是如何凍結(jié)的。

此次，美國(guó)弗吉尼亞理工學(xué)院研究人員喬納森·波利科及其同事研究了主導(dǎo)肥皂泡凍結(jié)的熱傳遞過(guò)程。他們?cè)诓煌h(huán)境溫度下，將肥皂泡置于冰冷的表面，并記錄下了凍結(jié)過(guò)程。他們觀察到了兩種不同的凍結(jié)機(jī)制，具體視溫度而定。

當(dāng)周?chē)鷾囟扰c肥皂泡溫度一樣時(shí)，凍結(jié)從肥皂泡底部開(kāi)始，并會(huì)產(chǎn)生“馬拉高尼流”(液體從表面張力低的地方流向表面張力高的地方)，導(dǎo)致冰晶脫離凍結(jié)界面，并在肥皂泡周?chē)D(zhuǎn)，就像雪花玻璃球里面的雪花一樣。之后，隨著冰晶不斷生長(zhǎng)和并合，肥皂泡完全凍結(jié)。但是，當(dāng)周?chē)鷾囟葹槭覝貢r(shí)，凍結(jié)界面會(huì)緩慢向上擴(kuò)展，最終在肥皂泡中間位置停止——因?yàn)閭鲗?dǎo)不良。這樣半凍結(jié)的肥皂泡先會(huì)保持均衡狀態(tài)，直到最后液體圓頂坍塌。

研究人員指出，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助于物理學(xué)家更好地理解熱傳遞現(xiàn)象。